ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС GERA ДЛЯ ТРЕХМЕРНОГО ГЕОФИЛЬТРАЦИОННОГО И ГЕОМИГРАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Развитие перспективных реакторных технологий следует увязывать с долгосрочными планами по захоронению радиоактивных отходов. Необходимость оптимизации ядерного топливного цикла (ЯТЦ) по критерию минимизации активности образующихся РАО может означать не только переоценку различных топливных циклов, но и введение дополнительных требований к рабочим характеристикам и направлениям развития ядерных реакторов на «тепловых» и быстрых нейтронах, к технологиям переработки ОЯТ, и т.д.

Современный подход к обращению с радиоактивными и токсичными отходами предполагает проведение тщательного системного анализа безопасности технологий и объектов захоронения РАО. Вычислительную базу такого анализа составляют компьютерные коды, построенные на основе физических моделей процессов фильтрации и переноса радиоактивных веществ в геологических средах.

В 2012—2018 гг. ИБРАЭ РАН совместно с ИВМ им. Г.И. Марчука РАН в рамках проекта «Коды нового поколения» проектного направления «Прорыв» разработан программный комплекс трехмерного гидрогеологического моделирования GeRa (Geomigration of Radionuclides), предназначенный для трехмерного геофильтрационного и геомиграционного моделирования процессов миграции радионуклидов в подземных водах и реализующий высокоэффективные численные методы дискретизации, построения адаптивных расчетных сеток, решения линейных и нелинейных систем.

Программный комплекс оптимизирован для решения ресурсоемких задач на современных суперкомпьютерах с параллельной организацией. Он ориентирован на «мультифизичное» моделирование с возможностью учета процессов фильтрации и многокомпонентного переноса примеси в однородных и двупористых средах, радиоактивного распада, конвекции и теплопереноса, химических взаимодействий в системе вода-порода, взаимодействия грунтовых и поверхностных вод.

Расчетный код нового поколения GeRa может быть использован для:

• обоснования безопасности объектов замкнутого ЯТЦ и окончательной изоляции РАО различного уровня активности;
• решения задач защиты подземных вод от загрязнений различной природы;
• оценки запасов подземных вод;
• прогнозирования подтопления и расчета дренажей;
• обоснования и сопровождения систем мониторинга и реабилитации.

Функциональные возможности комплекса планомерно будут расширяться для учета геомеханических, биологических и других процессов, способных повлиять на безопасность захоронения РАО.

В настоящее время расчетный код GeRa успешно применяется при решении задач обоснования долговременной безопасности объектов ядерного наследия и пунктов захоронения РАО, в том числе для гидрогеологического моделирования проектируемого ПГЗРО в Нижнеканском массиве, площадок ПЗРО в Северске и Новоуральске, выводимого из эксплуатации промышленного уран-графитового реактора, полигона закачки жидких РАО в глубокие водоносные горизонты «Северный».

Результаты прогнозного расчета по коду GeRa миграции загрязнения в грунтовых водах от пункта приповерхностного захоронения РАО

Основные возможности расчетного кода GeRa:

• Обеспечение интуитивно понятного и простого в освоении графического интерфейса для проведения всего цикла моделирования и верификации.
• Создание геологической модели с возможностью загрузки данных, подготовленных в сторонних программах.
• Использование методов геостатистики и интерполяции для построения геологических слоев.
• Расчет на неструктурированных локально сгущающихся расчетных сетках, для построения которых имеются два генератора.
• Возможность моделирования большого количества различных физических процессов, таких как фильтрация в напорно-безнапорном и насыщенно-ненасыщенном режимах, адвективный и диффузионно-дисперсионный перенос, плотностная конвекция и многие другие.
• Учет химических реакций, а также расчет радиоактивного распада с учетом цепочек распада.
• Возможность проведения расчетов с использованием высокопроизводительных систем в параллельном режиме.
• Встроенные возможности визуализации результатов расчета, их анализа и верификации моделей на натурных данных.
• Сеточно-независимое задание параметров модели.

Интенсивность разработки расчетного кода GeRa в сравнении с зарубежными аналогами (экспертная оценка)

Версия расчетного кода GeRa/V1 прошла государственную аттестацию в Ростехнадзоре (аттестационный паспорт программного средства №443 от 17.04.2018 г.). В настоящее время готовится к аттестации версия расчетного кода GeRa/V2, обладающая расширенными возможностями моделирования.

В отчетном докладе на общем собрании Российской академии наук 23 апреля 2019 года президент РАН А.М. Сергеев представил программный комплекс GeRa как один из пяти основных научных результатов РАН в разделе «Математика и Информатика» за 2018 год.

© лаборатория геомиграционного моделирования